有機(jī)化學(xué) 課件 第九章14-05-04

第九章

sp3雜化碳原子的消去反應(yīng)

EliminationReactionatsp3HybridizedCarbon

2本章內(nèi)容線索能發(fā)生消去反應(yīng)的化合物有哪些？

鹵代烴：堿性條件下消去HX成烯

醇：酸性條件下消去水成烯

季銨堿：加熱情況下消去成烯

氧化胺：加熱情況下消去成烯

鄰二鹵代物：脫鹵成烯

乙烯型鹵代烴：強(qiáng)堿作用下消去HX成炔

芳香鹵代物：強(qiáng)堿作用下消去HX成苯炔3本章內(nèi)容線索能發(fā)生消去反應(yīng)的化合物有哪些？

鹵代烴：堿性條件下消去HX成烯

醇：酸性條件下消去水成烯

親核取代反應(yīng)b-消去反應(yīng)

因此，本章首先將詳細(xì)討論鹵代烴和醇的b-消去反應(yīng)機(jī)理、活性、區(qū)域選擇性、立體化學(xué)特征，繼而討論消去反應(yīng)與取代反應(yīng)的競爭問題，最后介紹其他消去反應(yīng)。4本章內(nèi)容線索反應(yīng)的機(jī)理如何？不同類型化合物的消去反應(yīng)有何區(qū)別，包括區(qū)域選擇性、立體化學(xué)特征等（1）E1,E2和E1cB機(jī)理（2）E2反應(yīng)和E1反應(yīng)（3）E2/E1競爭（4）E/SN競爭（5）E1cB反應(yīng)（6）其他消去反應(yīng)三.合成應(yīng)用：烯烴和炔烴的合成？反應(yīng)活性Reactivity區(qū)域選擇性Regioselectivity立體化學(xué)Stereochemistry5b-消去反應(yīng)在一定的條件下，分子中的一個離去基團(tuán)和相鄰碳上的氫從分子中離去，形成不飽和碳-碳鍵的反應(yīng)。離去基團(tuán)LG一、消去反應(yīng)機(jī)理消去反應(yīng)的機(jī)理—E1,E2,andE1cB消去反應(yīng)機(jī)理61.機(jī)理

E2反應(yīng)：在堿的作用下，C—LG

鍵的斷裂與C—H

鍵的斷裂同時進(jìn)行，這是一個協(xié)同的雙分子反應(yīng)。二、E2Reaction7離去基團(tuán)越容易離去，則反應(yīng)活性越高如：RI＞RBr＞RCl＞RF

（與SN2反應(yīng)相同）進(jìn)攻試劑的堿性越強(qiáng)，則反應(yīng)活性越高。如：HO﹣>CH3COO﹣（與SN2反應(yīng)有所不同）反應(yīng)底物中不同的烴基部分活性為：

3o＞2o＞1o（與SN2反應(yīng)相反）2.影響反應(yīng)活性的因素83.反應(yīng)的區(qū)域選擇性一般遵循Zaitsev’srule，從含氫較少的β-碳上消去得到取代基較多的烯烴為主（穩(wěn)定）。9E2反應(yīng)過渡態(tài)勢能分析3.反應(yīng)的區(qū)域選擇性10影響E2反應(yīng)區(qū)域選擇性的因素：1)

堿的結(jié)構(gòu)（BaseStructure）堿的體積增大，多取代產(chǎn)物減少112)離去基團(tuán)（Leavinggroup）離去基團(tuán)堿性增加，離去傾向減弱，越容易生成少取代產(chǎn)物；氟代烴E2反應(yīng)中的主產(chǎn)物為少取代烯烴CH3O-LeavinggroupConjugate

acidpKaX=IX=BrX=ClX=FHIHBrHClHF-10-9-73.281%72%67%30%19%28%33%70%+ABBA影響E2反應(yīng)區(qū)域選擇性的因素：12對以上事實(shí)的解釋：

鹵負(fù)離子中，隨著堿性增強(qiáng)，離去基團(tuán)越不容易離去，到氟離子的堿性達(dá)到最強(qiáng)，當(dāng)堿進(jìn)攻氫時，氟離子難以離去，反應(yīng)過渡態(tài)具有了似E1cB的負(fù)離子特征。

碳負(fù)離子的穩(wěn)定性是30<20<10<-CH3

1020133)

底物的結(jié)構(gòu)(StructureoftheSubstrates)影響E2反應(yīng)區(qū)域選擇性的因素：當(dāng)可以形成穩(wěn)定的共軛烯烴，則以形成共軛烯烴為主要產(chǎn)物。14E2反應(yīng)區(qū)域選擇性小結(jié)

E2

消去反應(yīng)的主要產(chǎn)物一般為多取代烯烴(即遵循Zaitsev’s規(guī)則)，除非：

1)

堿的體積很大

2)

氟代烴(似E1cB)

3)

可形成共軛烯烴反Zaitsev’s規(guī)則154.

E2反應(yīng)的立體化學(xué)（Stereochemistry）

anti-periplanarelimination(反式共平面消去)

－占優(yōu)

syn-periplanarelimination(順式共平面消去)

消去16反式消去，例如1：4.

E2反應(yīng)的立體化學(xué)（Stereochemistry）17

例2:*(R)4.

E2反應(yīng)的立體化學(xué)（Stereochemistry）(S)Morestable18Problem

請解釋以下實(shí)驗(yàn)事實(shí):(2S,3S)-2-bromo-3-phenylbutanegives(E)-2-phenyl-2-butenebut(2S,3R)-2-bromo-3-phenylbutanegives(Z)-2-phenyl-2-butene4.

E2反應(yīng)的立體化學(xué)（Stereochemistry）19Solution：4.

E2反應(yīng)的立體化學(xué)（Stereochemistry）205.環(huán)狀化合物的E2消去反式消去的立體化學(xué)特征不僅影響消去反應(yīng)速率（eliminationrate）,而且還會影響到反應(yīng)的區(qū)域選擇性（regioselectivity）。215.環(huán)狀化合物的E2消去Example122Example2200timesfaster區(qū)域選擇性也不同5.環(huán)狀化合物的E2消去23Problem：試預(yù)測下列反應(yīng)產(chǎn)物?5.環(huán)狀化合物的E2

消去24三、E1Reaction1.Mechanism

25不同類型的RX的相對反應(yīng)活性與碳正離子穩(wěn)定性順序相同（與SN1反應(yīng)相同）

3o芐基型＞3o烯丙型＞2o芐基型＞2o烯丙型＞3o

＞1o芐基型~1o烯丙型~2o＞1o

＞乙烯型鹵代烴的鹵素不同，進(jìn)行E1反應(yīng)的活性不同：

RI＞RBr＞RCl＞RF

（與SN1反應(yīng)相同）

醇的脫水反應(yīng)往往在酸性條件下，先質(zhì)子化后進(jìn)行，因此醇的脫水反應(yīng)以E1反應(yīng)為主。2.E1reactionactivity

E1Reaction263.Regiochemistry---

與E2相同，一般遵循Zaitsev’srule，生成多取代烯烴為主（產(chǎn)物穩(wěn)定性）。E1Reaction274.Stereochemistry

---

因?yàn)橄壬商颊x子，順、反消去均能發(fā)生，同時得到Z

和E

烯烴，但是位阻大的基團(tuán)處于雙鍵的兩側(cè)是主產(chǎn)物。E1Reaction28E1Reaction295.環(huán)狀化合物的E1消去消去的兩個基團(tuán)不需要在a-鍵，因?yàn)镋1消去并非協(xié)同的反式消去。6.E1反應(yīng)中的重排306.E1反應(yīng)中的重排31SummaryMechanism：碳正離子中間體Reactivity：碳正離子、離去基團(tuán)Regiochemistry:Zaitsev’srule

（產(chǎn)物穩(wěn)定性）Stereochemistry:

非反式共平面消去反式烯烴產(chǎn)物為主（碳正離子中間體及其構(gòu)象穩(wěn)定性）Rearrangment：以形成更穩(wěn)定的碳正離子E1Reaction32四、E2/E1,S/E競爭問題1.E2/E1競爭AnE2reactionisfavoredbyahighconc.ofastrongbaseandanaproticpolarsolvent（非質(zhì)子性極性溶劑）AnE1reactionisfavoredbyaweakbaseandaproticpolarsolvent

（質(zhì)子性極性溶劑）10RX---E2only20and30RX---bothE1andE23334（強(qiáng)堿條件下/高濃度的好的親核試劑）鹵代烴的反應(yīng)活性:SN210>20>30E230>20>1010鹵代烴易于取代，較少消去但是如果進(jìn)攻試劑體積大或鹵代烴的β碳上取代基多，則消去比率大大增加2.SN/E競爭問題親核取代反應(yīng)b-消去反應(yīng)2.SN2/E2競爭

——10

鹵代烴四、SN/E競爭問題352.SN2/E2競爭---20

和30鹵代烴對于20鹵代烴,兩種反應(yīng)都會發(fā)生。一般進(jìn)攻試劑堿性越強(qiáng)，體積越大，則發(fā)生E2的幾率越大。反應(yīng)溫度高有利于E2。30鹵代烴以E2為主。E2/E1,S/E競爭問題362.SN2/E2競爭---20and30

鹵代烴E2/E1,S/E競爭問題37弱堿有利于取代3.SN1/E1競爭鹵代烴在SN1和E1反應(yīng)中的活性順序是一致的：30>20>10;RI>RBr>RCl對于20和30鹵代烴,兩種反應(yīng)都會發(fā)生。反應(yīng)溫度高有利于E1。親核試劑的堿性越弱，親核性越強(qiáng)，則越有利于SN1反應(yīng)的發(fā)生

弱的親核試劑/弱堿條件下38SummaryRXSN2/E2（Nu濃、親核性強(qiáng)）SN1/E1

（Nu稀，親核性弱）10SN2為主。若RX或Nu有空阻，則E2占優(yōu)。不能進(jìn)行SN1/E1反應(yīng)20SN2/E2二者均可。親核性強(qiáng)、β-碳位阻大、溫度低，SN2有利；堿性越強(qiáng)、堿體積越大、溫度越高，E2越有利。SN1/E1二者均可。溫度越高，E1越有利。30OnlyE2SN1/E1二者均可。溫度越高，E1越有利。E2/E1,S/E競爭問題堿性越強(qiáng)，親核性越弱，有利于消去反應(yīng)；堿性越弱，親核性越強(qiáng)，有利于取代反應(yīng)。39SubstitutionandEliminationReactionsinSynthesis堿性強(qiáng)，消去反應(yīng)越有利。取代反應(yīng)為主消去反應(yīng)為主4041——Williamson醚合成Question:如何合成以下醚?SN1和SN2反應(yīng)在合成上的應(yīng)用42Theansweris——pathaisbetterSN1和SN2反應(yīng)在合成上的應(yīng)用——Williamson醚合成因?yàn)榇尖c是一個強(qiáng)堿，30鹵代烴容易發(fā)生消去反應(yīng)。事實(shí)上，a也有可能發(fā)生消去，只是相對b較好。Why?五、E1cBReaction具有以下特點(diǎn)的物質(zhì)容易發(fā)生E1cB反應(yīng)：(1)b-碳原子上連有強(qiáng)的吸電子基，從而使b-氫具有較強(qiáng)的酸性，容易離去，且碳負(fù)離子得以穩(wěn)定；(2)

離去基團(tuán)難離去.例1

β-羥基酮的E1cB機(jī)制43例2

氟代烴的似E1cB反應(yīng)---因?yàn)榉膲A性強(qiáng)，難以離去，發(fā)生似E1cB反應(yīng)，得到反Zaitsev規(guī)則為主的烯烴E1cBReaction44例3

季銨堿的Hofmann消去反應(yīng)

因?yàn)榧句@陽離子強(qiáng)烈的吸電子作用，其b-氫具有較強(qiáng)的酸性，容易離去，因此也具有似E1cB歷程，得到反Zaitsev規(guī)則為主的烯烴。

這種選擇性被稱為Hofmann取向（Hofmann

Orientation）。季銨堿E1cBReaction45例3

季銨堿的Hofmann消去反應(yīng)也具有似E1cB歷程，得到反Zaitsev規(guī)則為主的烯烴。46六、其它消去反應(yīng)1、Cope消去反應(yīng)（氧化胺的消去反應(yīng)）分子內(nèi)E2消去，順式消去，Hofmann取向472、鄰二鹵代烴消去X2的反應(yīng)（六）其它消去反應(yīng)483、乙烯型鹵代烴消去HX的反應(yīng)493、乙烯型鹵代烴消去HX的反應(yīng)比氨基